Termodinâmica de um gelo de spin artificial regravável

Gelos de spin artificiais (ASI) são redes bidimensionais de nanoilhas magnéticas geometricamente frustradas, originalmente concebidas para mimetizar o comportamento de materiais com a estrutura cristalina do pirocloro comumente conhecidos como gelos de spin. Diferentes tipos de ASI vêm sendo desenvolvidos recentemente, ensejando a observação de fenômenos interessantes como o aparecimento de excitações que se comportam como monopolos magnéticos, bem como sugerindo a possibilidade de novas aplicações. Uma nova geometria de ASI recentemente proposta na literatura foi denominada gelo de spin artificial "regravável", por possibilitar total controle sobre os microestados do sistema à temperatura ambiente. Apesar de a realização experimental desse sistema ser essencialmente atérmica, técnicas recentes permitem a fabricação de nanoilhas suscetíveisa flutuações térmicas, o que torna importante investigar o comportamento termodinâmico dos ASI. Neste trabalho, realizamos simulações de Monte Carlo de um modelo do ASI regravável, em que as nanoilhas são tratadas como spins do tipo Ising com interaçõesdipolares, no intuito de estudar suas transições de fase na ausência de campo magnético. Tanto condições de contorno abertas quanto periódicas foram consideradas. O estado fundamental encontrado é maximamente magnetizado, e uma fase ordenada é observadaem baixas temperaturas. No limite termodinâmico, uma transição contínua entre essa fase ordenada e uma fase paramagnética é evidenciada pela divergência do calor específico na temperatura crítica. Em sistemas finitos, no entanto, ocorre uma pseudo-transição de fasede baixa temperatura, introduzindo uma fase intermediária entre as fases paramagnética e maximamente magnetizada que se caracteriza pela pequena quantidade de excitações locais e por baixos valores de magnetização total. A temperatura crítica foi determinada mediante o cálculo dos zeros da distribuição de probabilidade da energia. Em trabalhos futuros, pretendemos elucidar a natureza dessa pseudo-transição, bem como investigar o comportamento das excitações na rede.Artificial spin ices (ASI) are geometrically frustrated, two-dimensional arrays of magnetic nanoislands, originally designed to mimic the behavior of pyrochlore spin ice materials. Different types of ASI have been developed lately, giving rise to interesting phenomena such as magnetic monopole-like excitations, as well as suggesting the possibility of newapplications. A novel geometry of ASI recently proposed in the literature has been termed "rewritable" artificial spin ice, for it allows total control over the microstates of the system at room temperature. Although the reported experimental realization of this particular system is essentially athermal, recent techniques permit the fabrication of nanoislandssusceptible to thermal fluctuations, which makes it important to investigate the thermal behavior of ASI. We have performed Monte Carlo simulations of a model of the rewritable ASI, with nanoislands being treated as Ising macrospins with dipolar interactions, in orderto study its phase transitions in the absence of a magnetic field. Both periodic and open boundary conditions have been considered. The ground state has been determined to be maximally magnetized, and an ordered phase has been observed at low temperatures.In the thermodynamic limit, a continuous transition between this ordered phase and a paramagnetic one is evidenced by the divergence of the specific heat curve at the critical temperature. In finite systems, however, a low temperature pseudo-phase transition takes place, introducing an intermediary phase between the paramagnetic and fully magnetizedphases which has few local excitations and shows low net magnetization values. The critical temperature has been determined by means of a new method based upon the energy probability distribution zeros. In future works, we intend to further investigate the nature of this pseudo-transition, as well as the behavior of excitations in the lattice